鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長61儲(chǔ)層成巖相半定量劃分研究

從一般意義上來說，成巖相是在成巖與構(gòu)造等作用下，沉積物經(jīng)歷一定成巖作用和演化階段的產(chǎn)物，包括巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)、孔洞縫等綜合特征［1］。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)成巖相進(jìn)行了大量研究，關(guān)于成巖相的劃分依據(jù)和側(cè)重點(diǎn)各有不同［1～10］。僅對(duì)碎屑沉積巖成巖相而言，目前國內(nèi)外對(duì)于成巖相劃分命名尚無統(tǒng)一的操作規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此在實(shí)際中對(duì)于同一地區(qū)同一層位，不同研究者所劃分之成巖相大相徑庭的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。而筆者認(rèn)為，成巖相的研究，目的有三：一是揭示儲(chǔ)層現(xiàn)今特征；二是揭示造成儲(chǔ)層現(xiàn)今特征的成因；三是預(yù)測(cè)平面成巖相分布規(guī)律，指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。因此以成巖相研究目的為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，筆者以鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)延長組長61油層儲(chǔ)層成巖相劃分為例，提出了一套成巖相半定量劃分標(biāo)準(zhǔn)和方案，僅供不同研究者參考與討論。

1 成巖相半定量劃分思路及依據(jù)

以往成巖相研究，研究者多依據(jù)巖石鏡下觀察和分析數(shù)據(jù)所反映的總體成巖現(xiàn)象為依據(jù)來劃分成巖相，如鏡下觀察硅質(zhì)膠結(jié)發(fā)育，就劃分為硅質(zhì)膠結(jié)相，溶蝕孔發(fā)育，就定為溶蝕相。筆者認(rèn)為，這樣的成巖相劃分方法存在一定的弊端。一是成巖相劃分沒有相對(duì)定量依據(jù)，缺乏約束標(biāo)準(zhǔn)，不同研究者對(duì)于同一地質(zhì)體的劃分結(jié)果可能差異很大；二是成巖相劃分結(jié)果不一定能真正反映儲(chǔ)層現(xiàn)今好壞的成因。比如，當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)作用普遍，將成巖相劃分為硅質(zhì)膠結(jié)相，而有可能雖然硅質(zhì)膠結(jié)作用較強(qiáng)烈，但儲(chǔ)層的殘余粒間孔、溶孔同樣很發(fā)育，物性較好，因此命名為硅質(zhì)膠結(jié)相就不太合適，給人感覺膠結(jié)作用強(qiáng)烈，儲(chǔ)層似乎不好，而掩蓋了儲(chǔ)層物性實(shí)際還相對(duì)較好的特征，不利于依據(jù)成巖相成果來預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。因此，筆者從成巖相研究的目的及意義出發(fā)，結(jié)合具體實(shí)際，提出了一種成巖相半定量劃分方法及標(biāo)準(zhǔn)。其總體的思路是以造成現(xiàn)今儲(chǔ)層好壞特征的主要原因 （壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕及原始沉積作用）加以定量化進(jìn)行成巖相劃分命名，建立了一套完整標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范 （見表1），使得成巖相劃分有據(jù)可循，劃分結(jié)果更符合實(shí)際，并且不同研究者以此標(biāo)準(zhǔn)劃分之結(jié)果不會(huì)有大的出入。

表1 姬塬地區(qū)長6油層組成巖相劃分依據(jù)表

以鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長6油層組成巖相劃分為例，具體劃分思路及依據(jù)如圖1所示。首先以面孔率3%為界進(jìn)行劃分。之所以將面孔率3%作為劃分界限，主要是通過統(tǒng)計(jì)表明，姬塬地區(qū)長6油層組儲(chǔ)層當(dāng)面孔率大于3%時(shí)，滲透率一般大于0．3mD；而當(dāng)面孔率小于3%時(shí)，滲透率一般小于0．3mD，而0．3mD 基本上是盆地延長組低滲儲(chǔ)層好差的一個(gè)重要分界點(diǎn) （圖1）。因此，以面孔率3%為界進(jìn)行成巖相劃分。當(dāng)面孔率大于或等于3%時(shí)，說明儲(chǔ)層物性較好，不能再以不利的成巖相類型來命名，如硅質(zhì)膠結(jié)相，而應(yīng)當(dāng)分析儲(chǔ)層好的原因在那里，其主要原因無外乎粒間孔或溶孔發(fā)育兩種情況，因此應(yīng)當(dāng)以主要的孔隙類型命名成巖相。如果是殘余粒間孔發(fā)育則以殘余粒間孔相命名，其中如果綠泥石膜發(fā)育保護(hù)了殘余粒間孔，則命名為綠泥石膜殘余粒間孔相；如果長石溶孔發(fā)育，體積分?jǐn)?shù)大于1．5%，雖然其總量可能小于殘余粒間孔，但為了突出這種建設(shè)性成巖作用，則命名為長石溶蝕相 （該區(qū)長6油層組溶蝕作用主要是長石溶蝕）。當(dāng)面孔率小于3%，說明儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，此時(shí)要看造成物性差的原因在那里，主要有兩種情況：一是如果是填隙物含量高造成，則以最主要的膠結(jié)物類型命名，如高嶺石膠結(jié)相等；二是如果填隙物含量不高，體積分?jǐn)?shù)小于或等于8% （據(jù)實(shí)際儲(chǔ)層特征所定），說明要么是儲(chǔ)層原始孔隙就不發(fā)育，或者經(jīng)早期壓實(shí)后殘余粒間孔變小，導(dǎo)致面孔率低，這兩種情況其后期成巖作用主要是機(jī)械壓實(shí)作用，因此命名為機(jī)械壓實(shí)相 （表1）。

圖1 姬塬地區(qū)長6油層組儲(chǔ)層面孔率與滲透率關(guān)系圖

2 姬塬地區(qū)長61油層成巖相半定量劃分

在依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成巖相劃分之前，對(duì)姬塬地區(qū)長6油層組主力產(chǎn)層長61油層主要的填隙物類型、孔隙類型及面孔率在平面的分布進(jìn)行了精細(xì)刻畫，為成巖相精細(xì)劃分提供了依據(jù)。

2．1 主要填隙物、孔隙類型及面孔率平面分布

2．1．1 主要填隙物平面分布

姬塬地區(qū)長61油層儲(chǔ)層填隙物主要為綠泥石、高嶺石、水云母和鐵方解石。

綠泥石在姬塬地區(qū)長61油層平面上普遍發(fā)育，并且東北體系綠泥石含量明顯高于西北體系（圖2）。前人研究，綠泥石代表高能環(huán)境下產(chǎn)物，需要有一定量的粒間孔發(fā)育，孔隙流通性要好。另外綠泥石的形成需要富鐵的環(huán)境，因此綠泥石多發(fā)育于三角洲前緣水下分流河道沉積，整個(gè)盆地延長組這一特征較為明顯［11］。

高嶺石呈現(xiàn)出西部地區(qū)含量明顯高于東部地區(qū)的特征 （圖3）。儲(chǔ)層中的高嶺石多為長石溶蝕的次生產(chǎn)物，西部地區(qū)高嶺石發(fā)育與西部地區(qū)長石溶蝕作用強(qiáng)有關(guān)。

圖2 姬塬地區(qū)長61油層綠泥石體積分?jǐn)?shù)等值線分布圖

圖3 姬塬地區(qū)長61油層高嶺石體積分?jǐn)?shù)等值線圖

水云母主要發(fā)育于姬塬地區(qū)南部 （見圖4），主要為三角洲前緣至半深湖－深湖亞相沉積，并呈現(xiàn)由北向南隨水體加深含量增加的特征。

鐵方解石主要發(fā)育于研究區(qū)中部三角洲前緣水下分流河道砂體側(cè)翼，并且在局部地區(qū)含量較高 （見圖5），是局部儲(chǔ)層物性差的主要原因。

2．1．2 主要孔隙類型及平面分布

姬塬地區(qū)長61油層儲(chǔ)層孔隙類型主要以殘余粒間孔為主，溶孔次之，溶孔主要為長石溶孔。

殘余粒間孔在平面上普遍發(fā)育，并主要發(fā)育于研究區(qū)中部三角洲前緣亞相地帶，且呈現(xiàn)出東北高于西北特征 （見圖6）。

長石溶孔也主要發(fā)育于姬塬地區(qū)中部三角洲前緣亞相儲(chǔ)層中，總體呈現(xiàn)出西北體系長石溶孔高于東北體系的特征 （見圖7）。

面孔率高值區(qū)主要發(fā)育于姬塬地區(qū)中部三角洲前緣亞相帶層中，總體呈現(xiàn)出東北體系面孔率高于西北體系的特征 （見圖8）。

2．2 姬塬地區(qū)長61油層儲(chǔ)層成巖相劃分及平面展布

依據(jù)所建立姬塬地區(qū)長6油層組成巖相半定量劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)大量薄片鑒定所測(cè)的孔隙類型、填隙物及面孔率數(shù)據(jù)，結(jié)合主要填隙物、孔隙類型和面孔率的平面分布，對(duì)姬塬地區(qū)長61油層儲(chǔ)層進(jìn)行成巖相半定量劃分及平面展布刻畫，共劃分出6種成巖相 （見圖9）。其中綠泥石膜殘余粒間孔相和長石溶蝕相為最有利的成巖相，殘余粒間孔相次之，高嶺石膠結(jié)相、鐵方解石膠結(jié)相和水云母膠結(jié)相為不利的成巖相類型。這6種成巖相在平面分布上具明顯規(guī)律性。在殘余粒間孔相發(fā)育在分流河道和水下分流河道主帶的背景上，綠泥石膜殘余粒間孔相主要發(fā)育于東部白泥井－吳起一帶砂體主帶，而長石溶蝕相主要發(fā)育于西部紅井子－羅龐塬一帶砂體主帶，水云母膠結(jié)相主要發(fā)育于南部，高嶺石膠結(jié)相主要發(fā)育與西部，鐵方解石膠結(jié)相主要發(fā)育在姬塬－王洼子－吳起一線以北地區(qū)砂帶側(cè)翼及局部主砂帶 （見圖9）。正是由于平面上成巖相類型存在較大差異，導(dǎo)致了儲(chǔ)層物性的平面非均質(zhì)性，總體上表現(xiàn)為綠泥石膜殘余粒間孔相和長石溶蝕相兩種有利成巖相控制了相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布，因此依據(jù)所建立成巖相半定量劃分標(biāo)準(zhǔn)所刻畫的成巖相分布，基本揭示了平面物性的成因及發(fā)育規(guī)律，同時(shí)為相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

圖4 姬塬地區(qū)長61油層水云母體積分?jǐn)?shù)等值線圖

圖5 姬塬地區(qū)長61油層鐵方解石體積分?jǐn)?shù)等值線圖

圖7 姬塬地區(qū)長61油層長石溶孔分布圖

圖8 姬塬地區(qū)長61油層面孔率分布圖

圖9 姬塬地區(qū)長61油層成巖相分布圖

3 認(rèn)識(shí)與討論

1）從成巖相研究的目的及意義出發(fā)，結(jié)合具體實(shí)際，以姬塬地區(qū)長6油層組為例，提出了一種成巖相半定量劃分方法及標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此原則和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)姬塬長61油層成巖相進(jìn)行了劃分并刻畫了平面展布，為儲(chǔ)層成因分析及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了重要依據(jù)。

2）成巖相是儲(chǔ)層成巖作用及演化的最終產(chǎn)物，而儲(chǔ)層的成巖作用是一個(gè)非常復(fù)雜的地質(zhì)過程。因此真實(shí)客觀的成巖相研究與劃分是非常難的。以姬塬地區(qū)長6油層組儲(chǔ)層特征和實(shí)際工作需求為基礎(chǔ)，提出的成巖相劃分方法，實(shí)現(xiàn)了使成巖相劃分有據(jù)可循，有標(biāo)準(zhǔn)可依，使不同研究者依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)劃分的結(jié)果比較一致，其劃分結(jié)果也能基本反映儲(chǔ)層好壞的成因，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

3）雖然不同地區(qū)、層位儲(chǔ)層特征不同，但筆者認(rèn)為該方法的基本思路及原則對(duì)于其他地區(qū)、層位的陸相碎屑巖儲(chǔ)層成巖相劃分研究具有較好的借鑒意義，實(shí)際應(yīng)用中可據(jù)不同的儲(chǔ)層特征調(diào)整相應(yīng)具體標(biāo)準(zhǔn)，如面孔率的分界值，而實(shí)現(xiàn)成巖相相對(duì)定量劃分。

［1］鄒才能，陶士振，周慧，等 ．成巖相的形成、分類與定量評(píng)價(jià)方法 ［J］．石油勘探與開發(fā)，2008，35（5）：526～540．

［2］Peters D．Recognition of two distinctive diagenesis facies trends as aid to hydrocarbon exploration in deeply buried Jurassic－Smackover carbonates of southern Alabama and southern Mississippi［J］．AAPG Bulletin，1985，69 （2）：295～296．

［3］Grigsby J D，Langsford R P．Effects of diagenesis on enhanced－resolution bulk density logs in Tertiary Gulf Coast sandstones：an example from the lower vicksburg formation，McAllen Ranch field，south Texas ［J］ ．AAPG Bulletin，1996，80 （11）：1801～1819．

［4］Elfigih O B．Regional diagenesis and its relation to facies change in the upper Silurian，lower Acacus formation，Hamada （Ghadames）Basin，northwestern Libya［J］．Ph D Thesis，1999，62 （10）：4426～4427．

［5］Taban O．Stratigraphy，lithology，depositional and diagenetic environments of the middle ordovician antelope valley limestone at antelope range and martin ridge sections in central Nevada ［J］ ．Masters Abstr Int，1986，25 （3）：277．

［6］Mathisen M E．Controls of quartzarenite diagenesis，Simpson Group，Oklahoma：implications for reservoir quality prediction ［A］．Johnson K S．Simpson and Viola Groups in the Southern Midcont ［C］ ．Oklahoma：Geological Survey Circular，1997．

［7］應(yīng)鳳祥，羅平，何東博，等 ．中國含油氣盆地碎屑巖儲(chǔ)集層成巖作用與成巖數(shù)值模擬 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2004．

［8］趙澄林，劉夢(mèng)慧 ．碎屑巖儲(chǔ)集層砂體微相和成巖作用研究 ［J］．石油大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），1993，17（增刊）：1～7．

［9］鄭俊茂，龐明 ．碎屑儲(chǔ)集巖的成巖作用研究 ［M］．武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1989．

［10］羅平，賈愛林，王雪松，等 ．中國油氣儲(chǔ)集層地質(zhì)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前瞻 ［A］．羅平，賈愛林 ．中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣儲(chǔ)集層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室論文集 ［C］．北京：石油工業(yè)出版社，2001．1～31．

［11］姚涇利，王琪，張瑞，等 ．鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長組長6砂巖綠泥石膜的形成機(jī)理及其環(huán)境指示意義 ［J］．沉積學(xué)報(bào)，2011，29 （1）：72～79．